【软件】ERETCAD-Env：在轨空间环境3D动态仿真软件

文章介绍了Extreme-environment Radiation Effect Technology Computer-Aided Design -- Environment (ERETCAD-Env)软件，文章的介绍和展示了ERETCAD-Env软件的功能和特点，这是一款用于动态模拟在轨卫星所处空间环境的计算机辅助设计软件。强调了该软件在模拟多种空间环境（如中性大气、等离子体、辐射、地磁场和太阳电磁辐射）以及卫星运动状态方面的能力。通过提供多个模拟示例，文章展示了ERETCAD-Env在提高商业航天器设计可靠性方面的关键作用，尤其是在考虑到实际空间环境的情况下。此外，文章还讨论了软件的并行计算技术、数据管理和输出规则，以及与其他现有工具（如OMERE和SPENVIS）的比较。最后，文章概述了ERETCAD-Env的未来发展方向，包括计划增加的新模型和功能。内容总结如下

软件目的与兼容性：ERETCAD-Env旨在为任何在轨航天器建立基于模型的数字孪生，动态模拟空间环境的复杂现象和卫星的运动状态。该软件与配备独立显卡的个人计算机兼容。ERETCAD-Env软件的主要目的是为在轨卫星提供一个动态的三维空间环境模拟工具，以帮助建立航天器的数字孪生模型。这使得工程师和研究人员能够更准确地理解和预测卫星在实际空间环境中的行为和性能。软件的设计兼容配备独立显卡的个人计算机，确保了其在不同平台上的可用性和易用性。通过这种方式，ERETCAD-Env能够支持商业航天工业中对空间环境准确理解和模拟的需求，尤其是在设计和分析卫星以实现高可靠性方面。
主要功能与特点：
- 支持多种空间环境模型，包括中性大气、等离子体环境、辐射环境、地磁场和太阳电磁辐射。
- 能够模拟多颗卫星在多条轨道上的多种环境。
- 利用并行计算技术提高计算效率和速度。
- 能够计算卫星星座的环境，适用于商业航天应用设计。
软件架构：ERETCAD-Env采用C++开发，提供用户友好的界面和图形后处理功能。软件的主要架构包括动态模拟、高效计算和全面的数据展示。

图1：展示了ERETCAD-Env软件的主要架构，包括UTC（协调世界时）的集成。
模拟特性：
- 设计用于同时计算轨迹和环境。
- 能够根据模拟的卫星位置计算多颗在轨航天器的运动状态和环境，并实时显示结果。
- 支持新模型的轻松扩展，作为模型库展示当前研究的发展。
样本计算：提供了使用ERETCAD-Env进行的典型模拟样本，并与其他软件工具的计算结果进行了比较。

图2：说明了太阳能电池阵列的方向投影最小角度方法，用于模拟太阳能板的旋转角度。

图3：展示了地球阴影的几何分析方法，用于判断卫星是否处于地球阴影中。
并行计算：ERETCAD-Env充分利用多核计算能力，提高了计算速度。

图4：显示了四种不同轨道高度（300 km, 400 km, 500 km, 800 km）的卫星在51.5度轨道倾角下的平均原子氧（AO）数密度。
星座辐射环境：使用ERETCAD-Env设置了60颗卫星的Walkers星座，展示了沿轨道的电子微分通量。
数据管理规则：ERETCAD-Env建立了一套数据管理规则，包括输入参数的JSON文件和输出数据的组织方式。
结论：ERETCAD-Env是一个强大且用户友好的动态模拟软件，具有出色的架构和灵活性。它提供了一个高效的模型接口，能够动态计算航天器的运动状态和各种空间环境，包括辐射、原子氧（AO）、等离子体等。
未来工作：ERETCAD-Env的持续改进和精细化工作正在进行中，后续版本预计将包含更多模型，如PSYCHIC、ISO15390和IRENE (AE9/AP9)。